CNC 5-Achsen-Fräsmaschine steigert die Fähigkeiten Ihrer Werkstatt

In der Herstellergemeinde wird häufig der Begriff „CNC“ verwendet, um das CNC-Fräsen zu bezeichnen, also das Verfahren mit der Spindel als Werkzeugkopf. Es ist jedoch erwähnenswert, dass CNC nicht nur zum Fräsen, sondern auch für weitere Zwecke verwendet werden kann.

Für die Zwecke dieses Artikels ist CNC-Fräsen ein Schneidwerkzeug, das systematisch Material entfernt, um die endgültige Geometrie herzustellen. Bei diesem Subtraktionsprozess konvertiert der Computer das CAD-Design in Koordinaten und wandelt es dann in ein Schneidwerkzeug um, um Material zu entfernen und die Anweisungen des endgültigen Objekts anzuzeigen.

5-Achsen-CNC-Fräsen entmystifiziert

Fünfachsige CNC-Fräsmaschinen sind einfach erweiterte Varianten gewöhnlicher Fräsmaschinen, bei denen sich das Schneidwerkzeug gleichzeitig entlang fünf verschiedener Achsen bewegt. Nur dank dieser Bewegungsfreiheit lassen sich komplexe Geometrien erstellen. Gewöhnliche 3-Achsen-CNC-Maschinen, die bei Enthusiasten beliebt sind, können die Schneidspindel einfach nicht auf eine Weise bewegen, die beispielsweise partielle Hohlräume und Überhänge erzeugt, ohne das Material mitten im Prozess manuell anzupassen.

Typische Materialien für das CNC-Fräsen:

● Kohlefaser

● Aluminium

● Titan

● Holz (Kunst- und Designanwendungen)

Aufgrund der Fähigkeit, komplexe Teile aus starken, haltbaren Materialien herzustellen, ist die 5-Achsen-CNC eine gängige Produktions- und Prototypenlösung in der Luftfahrtindustrie, die komplexe Teile mit außergewöhnlicher Festigkeit erfordert.

Mathematik-Leser im Publikum fragen sich vielleicht, wo genau die beiden zusätzlichen Achsen herkommen. Schließlich hat das kartesische Koordinatensystem nur 3 Achsen:X, Y und Z. Aber es ist wirklich sehr einfach:Eine 5-Achsen-CNC fügt eine zusätzliche "Rotationsachse" um jede der X- und Y-Achsen hinzu.

Das obige Diagramm zeigt sechs Achsen. Bei einigen Maschinen gibt es eine Rotation um die vertikale Z-Achse, aber tatsächlich sind 6-Achsen-CNC-Fräsmaschinen eine seltene Rasse, da die sechste Achse wenig Nutzen bringt.

::Siehe Produkte:5-Achs-Bearbeitungszentren

5 Achsen in einer 3-Achsen-Welt

Es gibt zwei mechanische Möglichkeiten, wie CNC-Fräsmaschinen eine 5-Achsen-Effizienz erreichen können:

Drehen Sie den Werkzeugkopf
bewegen Sie den Tisch (und den Materialblock)
Maschinen mit einem Schwenkkopf können, wie der Name schon sagt, den Werkzeugkopf um einen Materialblock manövrieren, um in verschiedenen Winkeln in enge Räume zu gelangen. Einer der Vorteile dieser Methode ist, dass Sie ein größeres, schwereres Werkstück bearbeiten können, da der Materialblock während des gesamten Prozesses stationär bleibt.

Auf der anderen Seite erreichen CNC-Fräsen, die das Objekt auf dem Tisch bewegen, auch Pin genannt, zwei zusätzliche Freiheitsachsen, indem sie den Tisch drehen, auf dem das Material platziert ist. Die Vorteile dieses Ansatzes sind Geschwindigkeit und Stabilität, obwohl zu große oder zu schwere Objekte auf diese Weise nicht gedreht werden können.

Aber die 5-Achsen-CNC-Fräse hat einige Komplikationen, insbesondere beim Fräsen von Dingen. Beispielsweise gibt es eine klare Unterscheidung zwischen den beiden Ansätzen, die verwendet werden, um 5-Achsen-Schneidfähigkeiten zu erreichen:die kontinuierliche Methode und die 3 + 2-Achsen-Methode. Die Namen geben irgendwie Definitionen.

Das kontinuierliche 5-Achsen-CNC-System erfordert eine kontinuierliche Anpassung des Schneidwerkzeugs in allen 5 Achsen, um die Spitze optimal senkrecht zur Schneidfläche zu halten. Im Gegensatz dazu verriegelt die 3 + 2-Methode das Element in einem Winkel, der durch die Rotationsachsen um X und Y bestimmt wird, während sich der Werkzeugkopf in 3 Achsen bewegt, um das Teil zu schneiden.

Kontinuierliches Fräsen vs. 3 + 2 Achsen

Vielleicht fragen Sie sich, was die Hauptvorteile der kontinuierlichen CNC sind? Geschwindigkeit. Es ist nicht erforderlich, den Schnitt zu unterbrechen, um die Ausrichtung der Teile während des Prozesses mehrmals zu ändern, die kontinuierliche 5-Achsen-CNC-Fräse ist schneller. Es ist jedoch erwähnenswert, dass der sich ständig bewegende Werkzeugkopf mehr bewegliche Teile (höherer Verschleiß) und eine erweiterte Kollisionserkennung erfordert. Daher ist die erfolgreiche Ausführung mechanisch und programmatisch komplizierter.

Dies wirft ein wichtiges Problem in der 5-Achsen-Welt auf:Kollisionen. Bei schweren Schneidwerkzeugen und herumfliegenden Materialstücken ist es sehr wichtig, darauf zu achten, dass nichts kollidiert. Aber der Maschine beizubringen, wie sie verfolgen kann, wo sich alles im 3D-Raum befindet, erweist sich als große Software-Herausforderung.

Softwareseite

Apropos Software-Herausforderungen:Das Konvertieren eines 3D-Entwurfs aus einer CAD-Softwaredatei in einen physischen Werkzeugweg ist ebenfalls eine große technische Meisterleistung. Nur einige der fortschrittlichsten Software-Tools sind in der Lage, wirklich reibungslose Ergebnisse in der realen Welt zu liefern.

Es ist nicht schwer, die Ähnlichkeiten zwischen 5-Achsen-Fräsen und 3D-Druck zu erkennen, daher fragen Sie sich vielleicht, wie sich diese beiden Prozesse vergleichen lassen. Die kurze Antwort lautet:3D-Druck und CNC sind Ergänzungen, kein Ersatz, bei denen CNC für die stärksten und härtesten Teile verwendet wird.

Der offensichtliche Unterschied besteht darin, dass das 5-Achs-CNC-System hauptsächlich in industriellen Anwendungen zu finden ist. 3D-Druck ist in dieser Welt auch in Form von SLS-Maschinen präsent, die einen Laser zur zusätzlichen Herstellung eines Objekts aus einem großen Pulverbad verwenden. Obwohl beide in der Lage sind, mit Materialien in professioneller Qualität wie Aluminium zu arbeiten, ist ein Problem beim SLS-3D-Druck die Leistung.

Fräsen vs. 3D-Druck

Hier ist die Kurzfassung:
Industrieller 3D-Druck kann längere Vorlaufzeiten haben.
CNC-Fräsen kann den Rohstoffverbrauch für die meisten Auftragsgrößen reduzieren.
Beim SLS-3D-Druckverfahren wird das gesamte Volumen der Druckkammer muss mit Pulver gefüllt werden, um ein Teil herzustellen, unabhängig von seiner Größe. Nicht alle unbenutzten Pulver können wiederverwendet werden, da die gesamte Kammer, die das Pulver enthält, während des Druckens erhitzt werden muss. Daher sollten Druckaufträge systematisch in die Warteschlange gestellt und gestapelt werden, um das in jedem Zyklus verwendete Pulvervolumen zu maximieren und ungenutzten Platz zu reduzieren, da ein Teil dieses ungenutzten Pulvers einfach verschwendet wird.

Beim CNC-Fräsen gibt es im Allgemeinen keine solchen Einschränkungen:Solange ein Materialblock ungefähr in der Größe des fertigen Modells geliefert wird, wird der Überschuss abgebrochen, um die endgültige Geometrie zu erhalten, egal wie groß oder klein das Modell ist. Es wird nicht viel Material verschwendet, vorausgesetzt, der ursprüngliche Materialblock hat eine ähnliche Größe wie das endgültige Teil. Darüber hinaus kann bei einigen CNC-Materialien, wie z. B. Aluminium, das geschnittene Material sogar gesammelt und recycelt werden.

Eine kleine Erwähnung

Obwohl nicht so weit verbreitet wie SLS, verbraucht das Elektronenstrahlschmelzen (EBM), ein weiteres industrielles 3D-Druckverfahren, weniger Material. Dies liegt daran, dass es nicht erforderlich ist, ein bestimmtes Volumen zu füllen, es "feuert" im Grunde Baumaterial während seiner Erstellung.